Découverte des rayons anodiques, propriétés

Le Rayons anodiques ou canaux de rayons, appelés aussi positifs, sont des faisceaux de rayons positifs constitués de cations atomiques ou moléculaires (ions à charge positive) dirigés vers l'électrode négative dans un tube de Crookes.

Les rayons anodiques prennent naissance lorsque les électrons qui vont de la cathode à l'anode entrent en collision avec les atomes du gaz contenu dans le tube de Crookes.

Au fur et à mesure que les particules d'un même signe repoussent, les électrons qui vont vers l'anode déclenchent les électrons présents dans la croûte des atomes de gaz.

Ainsi, les atomes restés chargés positivement, c'est-à-dire transformés en ions positifs (cations), sont attirés vers la cathode (avec une charge négative).

Index

• 1 découverte
• 2 propriétés
• 3 Un peu d'histoire
  • 3.1 Le tube à rayons anodiques
  • 3.2 Le proton
  • 3.3 spectrométrie de masse
• 4 références

Découverte

C'est le physicien allemand Eugen Goldstein qui les a découverts et les a observés pour la première fois en 1886.

Par la suite, les travaux menés sur les rayons anodiques par les scientifiques Wilhelm Wien et Joseph John Thomson ont fini par supposer le développement de la spectrométrie de masse.

Propriétés

Les principales propriétés des rayons anodiques sont les suivantes:

- Ils ont une charge positive, la valeur de leur charge étant un multiple de la charge électronique (1,6 (10^-19 C).

- Ils se déplacent en ligne droite en l'absence de champs électriques et de champs magnétiques.

- Ils dévient en présence de champs électriques et de champs magnétiques, se déplaçant vers la zone négative.

- Ils peuvent pénétrer des couches minces de métaux.

- Ils peuvent ioniser les gaz.

- La masse et la charge des particules qui composent les rayons anodiques varient en fonction du gaz contenu dans le tube. Normalement, sa masse est identique à la masse des atomes ou des molécules dont ils dérivent.

- Ils peuvent provoquer des modifications physiques et chimiques.

Un peu d'histoire

Avant la découverte des rayons anodiques, la découverte des rayons cathodiques a eu lieu au cours des années 1858 et 1859. La découverte est due à Julius Plücker, mathématicien et physicien d'origine allemande.

Plus tard, c'est le physicien anglais Joseph John Thomson qui a étudié en profondeur le comportement, les caractéristiques et les effets des rayons cathodiques.

Pour sa part, Eugen Goldstein, qui avait déjà effectué d’autres investigations avec des rayons cathodiques, est celui qui a découvert les rayons anodiques. La découverte a eu lieu en 1886 et il s'en est rendu compte quand il s'est rendu compte que les tubes à décharge avec la cathode perforée émettaient également de la lumière à l'extrémité de la cathode.

De cette manière, il découvrit que, outre les rayons cathodiques, il y avait d’autres rayons: les rayons anodiques; ceux-ci se sont déplacés dans la direction opposée. Au fur et à mesure que ces rayons traversaient les trous ou les canaux de la cathode, il décida de les appeler des rayons de canaux.

Cependant, ce n'est pas lui, mais Wilhelm Wien, qui a plus tard fait des études approfondies sur les rayons anodiques. Wien, avec Joseph John Thomson, a fini par établir les bases de la spectrométrie de masse.

La découverte par Eugen Goldstein des rayons anodiques était un pilier fondamental pour le développement ultérieur de la physique contemporaine.

Grâce à la découverte des rayons anodiques, des essaims d'atomes dans un mouvement rapide et ordonné ont été organisés pour la première fois, dont l'application était très fertile pour différentes branches de la physique atomique.

Le tube à rayons anodiques

Lors de la découverte des rayons anodiques, Goldstein a utilisé un tube à décharge doté d'une cathode perforée. Le processus détaillé par lequel les rayons anodiques sont formés dans un tube à décharge gazeuse est celui décrit ci-dessous.

En appliquant une grande différence de potentiel de plusieurs milliers de volts au tube, le champ électrique créé accélère le petit nombre d'ions toujours présents dans un gaz et créés par des processus naturels tels que la radioactivité.

Ces ions accélérés entrent en collision avec les atomes du gaz, en déchirant les électrons et en créant plus d'ions positifs. À leur tour, ces ions et électrons attaquent à nouveau plus d'atomes, créant plus d'ions positifs dans une réaction en chaîne.

Les ions positifs sont attirés par la cathode négative et certains passent à travers les trous de la cathode. Lorsqu'ils atteignent la cathode, ils ont déjà accéléré suffisamment rapidement pour que, lorsqu'ils entrent en collision avec d'autres atomes et molécules du gaz, ils excitent les espèces à des niveaux d'énergie plus élevés.

Lorsque ces espèces reviennent à leur niveau d’énergie initial, les atomes et les molécules libèrent l’énergie qu’ils avaient auparavant acquise; l'énergie est émise sous forme de lumière.

Ce processus de production de lumière, appelé fluorescence, provoque l'apparition d'une brillance dans la région où les ions émergent de la cathode.

Le proton

Bien que Goldstein ait obtenu des protons lors de ses expériences avec des rayons anodiques, ce n’est pas lui qui est à l’origine de la découverte du proton, car il n’a pas été capable de l’identifier correctement.

Le proton est la particule la plus légère des particules positives produites dans les tubes à rayons anodiques. Le proton est produit lorsque le tube est chargé de gaz hydrogène. De cette façon, lorsque l'hydrogène est ionisé et perd son électron, on obtient des protons.

Le proton a une masse de 1,67 ∙ 10^-24 g, presque le même que celui de l'atome d'hydrogène, et a la même charge mais le signe opposé à celui de l'électron; c'est-à-dire 1,6 ∙ 10^-19 C.

Spectrométrie de masse

La spectrométrie de masse, issue de la découverte des rayons anodiques, est une procédure analytique permettant d’étudier la composition chimique des molécules d’une substance en fonction de sa masse.

Il permet à la fois de reconnaître des composés inconnus, de compter les composés connus et de connaître les propriétés et la structure des molécules d'une substance.

Pour sa part, le spectromètre de masse est un appareil permettant d’analyser de manière très précise la structure de différents composés chimiques et isotopes.

Le spectromètre de masse permet de séparer les noyaux atomiques en fonction de la relation entre la masse et la charge.

Références

1. 1. Rayon anodique (n.d.). Dans Wikipedia. Récupéré le 19 avril 2018 sur es.wikipedia.org.
   2. Anode ray (n.d.). Dans Wikipedia. Récupéré le 19 avril 2018 de en.wikipedia.org.
   3. Spectromètre de masse (n.d.). Dans Wikipedia. Récupéré le 19 avril 2018 sur es.wikipedia.org.
   4. Grayson, Michael A. (2002).Mesure de masse: des rayons positifs aux protéines. Philadelphie: Presse du patrimoine chimique
   5. Grayson, Michael A. (2002).Mesure de masse: des rayons positifs aux protéines. Philadelphie: Presse du patrimoine chimique.
   6. Thomson, J. J. (1921).Rayons d’électricité positive et leur application à l’analyse chimique (1921)
   7. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005)Physique et Chimie. Everest